JP2019527453A - 膜電極接合体の製造のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)電極触媒層をGDLに塗布し、ガス拡散電極(GDE)を形成する。二つのGDEをイオン伝導性膜のいずれかの側に配置し、一緒に積層してMEAを形成することができる;
(ii)電極触媒層をイオン伝導性膜の両面に塗布し、CCMを形成する。その後、GDLをCCMの両面に塗布する。
支持プラットフォームを有する、第1のトラックに沿って横断可能な第1のキャリッジ;
支持プラットフォームを有する、第2のトラックに沿って横断可能な第2のキャリッジ;
キャリッジの支持プラットフォーム上にガス拡散層を含むシートを供給するためのシート供給手段;及び
第1のトラックの少なくとも一部と第2のトラックの少なくとも一部の間にイオン伝導性膜を含む連続ウェブを供給するための供給手段
を備え、連続ウェブのそれぞれの側の第1及び第2のキャリッジを、連続ウェブに面する第1及び第2のキャリッジの支持プラットフォームと位置合わせするように構成されており、
キャリッジによって輸送されるシートを、位置合わせされた構成で連続ウェブの両側に接着させるために適している。
支持プラットフォーム106を有する第1のキャリッジ105を、第1のトラック100に沿って駆動する工程;
支持プラットフォーム206を有する第2のキャリッジ205を、第2のトラック200に沿って駆動する工程;
ガス拡散層を含む第1のシート124を、第1のキャリッジ105の支持プラットフォーム106上に配置する工程;
ガス拡散層を含む第2のシート224を、第2のキャリッジ205の支持プラットフォーム206上に配置する工程;
任意選択的に、第1及び第2のシート124、224上に接着剤を分配する工程;
第1のトラック100の少なくとも一部及び第2のトラック200の少なくとも一部の間にイオン伝導性膜を含む連続ウェブ55を供給する工程;
連続ウェブ55のそれぞれの側の第1及び第2のキャリッジ105、205を、連続ウェブ55に面する第1及び第2のキャリッジ105、205の支持プラットフォーム106、206と位置合わせし、それにより第1及び第2のシート124、224を連続ウェブ55の両側に接着させる工程
を含む。
GDLは、通常ロール形式で供給される。GDLは、切断手段123、223により切断されて、GDLを含む単一のシート124、224を提供し、このシートは、運搬手段125、225を用いてピックアンドプレースロボット126、226に搬送される。GDLのロールは、回転切断、レーザー切断などを用いてシート124、224へと切断することができる。運搬手段125、225は、適切には真空コンベヤである。
まず、GDLの位置が、センサによって検出される。ピックアンドプレースロボット126、226は、非接触グリッパーを用いてGDLをピックアップする。このようなグリッパーの一例は、グリッパーのための既存のベルヌーイ技術に基づいているが、固有の設計に適合される。これにより、表面とまったく物理的接触させることなくGDLシート124、224を保持することができる。これにより、ハンドリングの間に、炭素繊維ベースのGDL材料の表面が損傷を受ける危険が有意に減少する。次いでGDLシート124、224が、好ましくはリニアモーターシステムによって駆動されるキャリッジ105、205の支持プラットフォーム106、206上に配置される。
次いでキャリッジ105、205がGDLのシート124、224を搬送する。リニアモーターの利点は、配置作業のために速度を落とし、次いで距離をカバーするために速度を上げることができることである。次いでこの時点で、GDLの最上面への接着剤の分配が行われる。UV活性化などの接着剤の活性化が必要である場合、これはこの段階で実行されうる。シート124、224へと切断される前の、GDLを含む材料122、222のストリップに接着剤が事前塗布されている場合、この工程は省略することができる。
GDLを含むシート124、224を、トラック100、200の周りに移動させ、イオン伝導性膜を含む連続ウェブ55と接触させる。設計の意図は、一方のリニアモータートラックを垂直に位置合わせし、他方を水平な平面内に置くことである。これにより、GDLの両シート124、224は、重力による接着剤分配方法のために、上側を向くことができる。キャリッジ105、205内でCAMが移動することにより、ウェブとの接触が可能になるであろう。この設計により、適量の力が加わることになるであろう。
キャリッジ105、205は、GDLを含むシート124、224を、結合が生じるために必要な期間にわたり、イオン伝導性膜を含む連続ウェブ55と接触したままに保つ。必要な期間は、使用される接着剤によって変化するが、典型的には5秒未満である。最終的なMEA製品は、個別の部品へと切断されて方法の最後に積み重ねられるか、又は後での処理のために連続ロールグッド製品として貯蔵される。別個の部品として貯蔵するために、組み立てられたウェブは、最終切断ステーション60で処理され、切断に先立って寸法チェックを完了させる。ロール上に包装するために、この段階でMEAを支持するためにライナーフィルム(図示しない)が導入される。この段階でもまだ切断方法を使用することができるが、切断は、ライナーを無傷に残すキスカットであり、これにより次いで、統合されたMEAのウェブをスプールに巻き付けることができる。
・小さな設置面積のマシン
・一方が垂直で、他方が水平なトラックに基づくリニアモーターシステム
・キャリッジが異なる速度で移動することを可能にするリニアモーターシステムの使用
・広範なサイズのMEAに対する適性、それにより一つのマシンで広範なMEA製品が製造可能であること。
シート124、224はガス拡散層(GDL)を含む。典型的なGDLは、適切には、従来の不織炭素繊維ガス拡散基材、例えば剛性シート炭素繊維紙(例えば日本の東レ株式会社から入手可能な炭素繊維紙のTGP−Hシリーズ)又はロールグッド炭素繊維紙(例えばドイツのFreudenberg FCCT KGから入手可能なH2315ベースシリーズ;ドイツのSGL Technologies GmbHから入手可能なSigracet(登録商標)シリーズ;又は米国のAvCarb Material Solutionsから入手可能なAvCarb(登録商標)シリーズ)、或いは織物炭素繊維布基材(例えばイタリアのSAATI Group、S.p.A.から入手可能な炭素布のSCCGシリーズ)に基づく。多くのPEMFC(直接メタノール燃料電池(DMFC)を含む。)用途では、不織炭素繊維紙又は織物炭素繊維布基材は、典型的には疎水性ポリマー処理及び/又は基材内に埋め込まれるか又は平坦な面にコーティングされた粒子材料を含む微孔性層の適用、又は両方の組み合わせにより変性されて、ガス拡散層が形成される。粒子材料は、典型的にはカーボンブラックとポリテトラフロオロエチレン(PTFE)のようなポリマーの混合物である。適切には、GDLは100から400μmの厚さである。好ましくは、触媒層と接触するGDLの面上にカーボンブラックとPTFEのような粒子材料の層が存在する。
(i)白金族金属(白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム及びオスミウム)、
(ii)金又は銀、
(iii)卑金属、
又はこれら金属又はその酸化物のうちの一又は複数を含む合金又は混合物
から選択される。
Claims (16)
- 支持プラットフォームを有する、第1のトラックに沿って横断可能な第1のキャリッジ;
支持プラットフォームを有する、第2のトラックに沿って横断可能な第2のキャリッジ;
キャリッジの支持プラットフォーム上にガス拡散層を含むシートを供給するためのシート供給手段;及び
第1のトラックの少なくとも一部と第2のトラックの少なくとも一部の間にイオン伝導性膜を含む連続ウェブを供給するための供給手段
を備えた膜電極接合体の製造のためのシステムであって、
連続ウェブのそれぞれの側の第1及び第2のキャリッジを、連続ウェブに面する第1及び第2のキャリッジの支持プラットフォームと位置合わせするように構成されており、
それにより、キャリッジによって輸送されるシートを、位置合わせされた構成で連続ウェブの両側に接着させるために適している
システム。 - 第1及び第2のトラックが、キャリッジを推進するための駆動手段を含む、請求項1に記載のシステム。
- 駆動手段がリニアモーターを含む、請求項2に記載のシステム。
- 駆動手段がトラックに沿って可変速度でキャリッジを推進する、請求項2又は3に記載のシステム。
- 第1及び第2のキャリッジによって輸送されるシート上に接着剤を分配するための一又は複数の接着剤ディスペンサをさらに備える、請求項1から4のいずれか一項に記載のシステム。
- 一又は複数の接着剤ディスペンサが、第1のキャリッジによって輸送されるシート上に接着剤を付着させるための、第1のトラックの上方に配置された第1の接着剤ディスペンサと、第2のキャリッジによって輸送されるシート上に接着剤を付着させるための、第2のトラックの上方に配置された第2の接着剤ディスペンサとを含む、請求項5に記載のシステム。
- 第1のキャリッジの支持プラットフォームが、第1のトラックに向かって及び第1のトラックから離れるように可動であり;
第2のキャリッジの支持プラットフォームが、第2のトラックに向かって及び第2のトラックから離れるように可動であり;
それによりシステムが、連続ウェブのそれぞれの側において位置合わせされた支持プラットフォーム間に圧力を加えてシートを連続ウェブの両側に押し付けるように構成されている、
請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。 - 第1のトラックが第1の平面内にループを形成し;
第2のトラックが第2の平面内にループを形成し;
第1の平面と第2の平面とは平行でない、
請求項1から7のいずれか一項に記載のシステム。 - シート供給手段が、第1のトラックの上方に配置されるシートを供給するための第1のシート供給手段と、第2のトラックの上方に配置されるシートを供給するための第2のシート供給手段とを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載のシステム。
- シート供給手段が:
ガス拡散層を含む材料のロールを巻き出して、ガス拡散層を含む材料のストリップを形成するためのスプール;及び
ストリップを分離シートへと切断するための切断ツール
を含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のシステム。 - シート供給手段がピックアンドプレースロボットを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
- シート供給手段が、シートをピックアンドプレースロボットへと運搬するための運搬手段をさらに含む、請求項11に記載のシステム。
- 膜電極接合体の製造方法であって:
支持プラットフォームを有する第1のキャリッジを第1のトラックに沿って駆動する工程;
支持プラットフォームを有する第2のキャリッジを第2のトラックに沿って駆動する工程;
ガス拡散層を含む第1のシートを、第1のキャリッジの支持プラットフォーム上に配置する工程;
ガス拡散層を含む第2のシートを、第2のキャリッジの支持プラットフォーム上に配置する工程;
任意選択的に、第1及び第2のシート上に接着剤を分配する工程;
第1のトラックの少なくとも一部と第2のトラックの少なくとも一部の間にイオン伝導性膜を含む連続ウェブを供給する工程;
連続ウェブのそれぞれの側の第1及び第2のキャリッジを、連続ウェブに面する第1及び第2のキャリッジの支持プラットフォームと位置合わせし、それにより第1及び第2のシートを連続ウェブの両側に接着させる工程
を含む方法。 - 第1のキャリッジを第1のトラックに沿って駆動する工程が、第1のキャリッジを第1のトラックに沿って可変速度で駆動することを含み;
第2のキャリッジを第2のトラックに沿って駆動する工程が、第2のキャリッジを第2のトラックに沿って可変速度で駆動することを含む、
請求項13に記載の方法。 - 第1及び第2のシートがガス拡散層を含み、連続ウェブが触媒でコーティングされた膜を含む、請求項13又は14に記載の方法。
- 第1及び第2のシートが触媒でコーティングされたガス拡散層を含み、連続ウェブがイオン伝導性膜を含む、請求項13又は14に記載の方法。
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